Wat is een bacterieel kunstmatig chromosoom?
Een bacterieel kunstmatig chromosoom (BAC) behoort tot een klasse hulpmiddelen, vectoren genaamd, die microbiologen gebruiken om genen in een bacterie in te brengen - meestal e coli . Het inbrengen van genen verandert de eigenschappen van de bacterie in een proces dat transformatie wordt genoemd. Een wetenschapper kan een bacteriestam veranderen met behulp van een BAC en vervolgens de gewijzigde bacteriën vergelijken met een ongewijzigde stam om te ontdekken welke rol de ingebrachte genen spelen in de celbiologie. Hoewel alle vectoren door wetenschappers op dezelfde manier worden gebruikt, is het BAC opmerkelijk omdat het veel meer genetisch materiaal kan vervoeren dan concurrerende hulpmiddelen.
In de loop der jaren hebben wetenschappers een aantal verschillende soorten vectoren ontwikkeld voor het modificeren van de genetische samenstelling van bacteriën. Het grootste deel hiervan wordt gemaakt door fagen te wijzigen - virussen die alleen bacteriële cellen infecteren - of structuren die plasmiden worden genoemd. Het bacteriële kunstmatige chromosoom is een van een aantal op plasmiden gebaseerde vectoren. Plasmiden zijn vrij zwevende ringen van DNA die veel bacteriën bevatten naast hun chromosomaal DNA. Ze worden niet beschouwd als een afzonderlijke vorm van leven, maar gedragen zich toch zoiets als een organisme in een organisme: ze kunnen zich onafhankelijk van de bacteriën voortplanten waarin ze 'leven'.
Plasmiden zoals het bacteriële kunstmatige chromosoom worden in bacteriën ingebracht met behulp van een proces dat elektroporatie wordt genoemd. Elektroporatie omvat het verstoren van het celmembraan met een elektrische schok, die tijdelijke openingen creëert waardoor moleculen kunnen worden ingebracht. Voorlopers van de BAC omvatten gemodificeerde plasmiden met exotische namen als de cosmide en de fosmide. Deze vaak gefrustreerde pogingen tot onderzoek omdat ze slechts enkele tienduizenden DNA-basenparen konden dragen, genoeg om slechts zeer kleine genen in te voegen.
In 1992 werd het eerste bacteriële kunstmatige chromosoom gecreëerd door Hiroaki Shizuya, een onderzoeker aan het California Institute of Technology, door een plasmide te modificeren dat een F-factor wordt genoemd. F-factor plasmiden worden van nature door bacteriën gebruikt om DNA van de ene cel naar de andere over te dragen tijdens periodes van omgevingsstress, om de genetische variabiliteit en de overlevingskans te vergroten. In tegenstelling tot zijn voorgangers, zou de BAC grote genen kunnen dragen met honderdduizenden DNA-basenparen, of meerdere genen tegelijk.
Een aantal grote BAC-bibliotheken worden nu beheerd door universitaire, particuliere en overheidsorganisaties. Naast de onderzochte genen bevatten veel BAC's hulpmiddelen die gemakkelijker onderzoek mogelijk maken. Sommige BAC's bevatten bijvoorbeeld genen die bacteriën blauw maken of laten gloeien, voor gemakkelijkere identificatie. Sommige bevatten genen die de gastheer resistent maken tegen bepaalde antilichamen. De culturen kunnen worden gezuiverd door ze te spoelen met het antilichaam in kwestie, waarbij alle bacteriën worden gedood, behalve de bacteriën die het BAC dragen.
Omdat bacteriën zich snel reproduceren, kan het bacteriële kunstmatige chromosoom ook worden gebruikt om grote hoeveelheden van een bepaalde genetische sequentie te klonen voor studie. Dit heeft geleid tot een betere studie van de genomen van organismen die langzaam of onvoorspelbaar groeien in laboratoriumomstandigheden. Het vermogen om te klonen heeft onderzoek naar de behandeling van ziekten versneld door snellere identificatie van effectieve antivirale en antibacteriële medicijnen mogelijk te maken. Het heeft ook gezorgd voor een effectievere productie van sequenties die worden gebruikt bij de genetische modificatie van andere organismen, voor onderzoek en industrie.